Влияние биомодифицированного картофельного крахмала на деформационные и прочностные свойства картона

УДК

DOI:

Аннотация

В целлюлозно-бумажной промышленности крахмал используется в качестве связующего вещества для повышения прочности картона при его поверхностной проклейке, проклейки в массе и как связующее вещество в составе мелованного покрытия. Для повышения показателей физико-механических свойств картона в технологии нередко применяют биомодификацию крахмала. Целью работы явилось изучение влияния биокаталитической обработки крахмала картофельного на показатели физико-механических свойств картона на основе макулатуры. В качестве целлюлозного носителя использовали картон лабораторного изготовления, состоящий на 70 % из лиственной полуцеллюлозы и на 30 % из макулатурной массы МС-5Б (ГОСТ 10700–97). В качестве связующего вещества использовали крахмал картофельный, предварительно обработанный ферментами изоамилазой Pseudomonas amyloderamosa или пуллуланазой Bacillus licheniformis (Optimax L-1000). Образцы картона в виде квадрата с длиной стороны 14 см пропитывали крахмальным клейстером, обработанным ферментами в течение 3 ч при температуре 50 °С и постоянном перемешивании в расчете 200 ед. активности фермента на 1 г сухих веществ. Пропитанные целлюлозные носители высушивали конвективно на пластинах из органического стекла при комнатной температуре. Испытание материалов на растяжение проводили согласно ИСО 1924-2–85 на лабораторном испытательном комплексе, включающем разрывную машину
ТС 101-0,5б (г. Иваново) и компьютер. В результате проведенных экспериментов было установлено, что предварительная обработка крахмала ферментом изоамилазой приводит к небольшому увеличению прочностных характеристик картона по сравнению с картоном, пропитанным неферментированным крахмалом, тогда как обработка крахмала пуллуланазой снижает практически все исследованные показатели.

Сведения об авторах

О.С. Михайлова, асп.¹

Е.В. Крякунова, канд. биол. наук, доц.¹

А.В. Канарский, д-р техн. наук, проф.¹

Я.В. Казаков, д-р техн. наук, проф.²

Т.Н. Манахова, канд. техн. наук, асс.²

Д.А. Дулькин, д-р техн. наук, проф.²

¹Казанский национальный исследовательский технологический университет,
ул. К. Маркса, д. 68, г. Казань, Россия, 420015; e-mail: olga1.83@mail.ru, alb46@mail.ru

²Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова,

наб. Северной Двины, д. 17, г. Архангельск, Россия, 163002; e-mail: j.kazakov@narfu.ru

Ключевые слова

Литература

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 

1. Белых Е.В., Кокшаров А.В., Сивкова М.А., Кузьмина Н.А., Новожилов Е.В. Определение влияния ферментных препаратов на вязкость крахмального клея // Биотехнологии в химико-лесном комплексе: матер. междунар. науч. конф. (Архангельск, 11-12 сент. 2014 г.). Архангельск: ИД САФУ, 2014. С. 78–80.

2. Дулькин Д.А., Спиридонов В.А., Комаров В.И. Современное состояние и перспективы использования вторичного волокна из макулатуры в мировой и отечественной индустрии бумаги. Архангельск: Изд-во АГТУ, 2007. 1118 с.

3. Дулькин Д.А., Спиридонов В.А., Комаров В.И., Блинова Л.А. Свойства целлюлозных волокон и их влияние на физико-механические характеристики бумаги и картона / Под ред. В.И. Комарова. Архангельск: Изд-во САФУ, 2011. 176 с.

4. Закирова А.Ш., Канарский А.В., Сидоров Ю.Д. Влияние биополимеров на физико-механические свойства пленок // Пищевая пром-сть. 2012. № 6. С. 18–19.

5. Крякунова Е.В., Михайлова О.С., Канарский А.В., Казаков Я.В. Влияние вязкости крахмала картофельного на физико-механические свойства волокнистых материалов // Вестн. КНИТУ. 2014. Т. 17. С. 173–176.

6. Максанова Л.А., Аюрова О.Ж. Полимерные соединения и их применение: учеб. пособие. Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2004. 356 с.

7. Махотина Л.Г., Аким Э.Л. Технология тароупаковочных видов бумаги и картона: учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГТУРП, 2004. 112 с.

8. Новожилов Е.В. Применение ферментных технологий в целлюлозно-бумажной промышленности: моногр. Архангельск: ИПЦ САФУ, 2013. 364 с.

9. Фляте Д.М. Технология бумаги. М.: Лесн. пром-сть, 1988. 440 с.

10. Хованский В.В., Дубовый В.К., Кейзер П.М. Применение химических вспомогательных веществ в производстве бумаги и картона: учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГТУРП, 2013. 153 с.

Поступила 15.02.16

Ссылка на английскую версию:

UDC 539.233

DOI: 10.17238/issn0536-1036.2016.4.157

The Influence of Modified Potato Starch on the Cardboard Deformation and Strength Properties

O.S. Mikhaylova¹, Postgraduate Student

E.V. Kryakunova¹, Candidate of Biological Sciences, Associate Professor

A.V. Kanarskiy¹, Doctor of Engineering Sciences, Professor

Ya.V. Kazakov², Candidate of Engineering Sciences

T.N. Manakhova², Candidate of Engineering Sciences, Assistant

D.A. Dul'kin², Doctor of Engineering Sciences, Professor

¹Kazan National Research Technological University, K. Marx str., 68, Kazan, 420015, Russian Federation; e-mail: olga1.83@mail.ru, alb46@mail.ru

²Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Naberezhnaya Severnoy Dviny, 17, Arkhangelsk, 163002, Russian Federation; e-mail: j.kazakov@narfu.ru

Starch is used as a binder for increasing the surface sized and internal sized cardboard strength and as a binder in the clay-coating composition in the pulp and paper industry (PPI). To improve the physical and mechanical cardboard properties in technology the modification of starch is frequently used. The work objective was to study the effect of biocatalytic treatment of potato starch on the physical and mechanical cardboard properties based on recycled paper. The laboratory-made cardboard, consisting of 70 % hardwood hemicellulose and of 30 % MS-5B (GOST 10700-97) wastepaper, was used as the cellulose carrier. As the binder was used potato starch, pretreated with enzymes Pseudomonas amyloderamosa isoamylase or Bacillus licheniformis pullulanase (Optimax L-1000). The square formed cardboard samples with a side length of 14 cm were impregnated with enzyme-pretreated starch paste, counting 200 units of enzyme activity per 1 g of dry matter for 3 hours at 50 °C and constant stirring. The impregnated cellulosic carriers were dried convectively on plates of organic glass at room temperature. The stretching test of materials was performed according to ISO 1924-2–85 in a laboratory test facility that included tensile testing machine TC 101-0,5b (Ivanovo) and the computer. The experiments demonstrated that pretreatment of starch with isoamylase enzyme led to a slight increasing in cardboard strength properties in comparison with cardboard, impregnated with non-fermented starch, whereas starch treatment with pullulanase enzyme, on the contrary, led to a reduction of almost all of the analyzed parameters.

Keywords: cardboard, starch, isoamylase, pullulanase, deformation characteristics. 

REFERENCES 

1. Belykh E.V., Koksharov A.V., Sivkova M.A., Kuz'mina N.A., Novozhilov E.V. Opredelenie vliyaniya fermentnykh preparatov na vyazkost' krakhmal'nogo kleya [Determination of the Enzymatic Agents Influence on the Starch Glue Viscosity]. Biotekhnologii v khimiko-lesnom komplekse: mater. mezhdunar. nauch. konf. (Arkhangel'sk, 11-12 sent. 2014 g.). [Proc. Int. Sci. Conf. “Biotechnology in the Chemical-Forestry Complex” (Arkhangelsk, September 11–12, 2014)]. Arkhangelsk, 2014, pp. 78–80.

2. Dul'kin D.A., Spiridonov V.A., Komarov V.I. Sovremennoe sostoyanie i perspektivy ispol'zovaniya vtorichnogo volokna iz makulatury v mirovoy i otechestvennoy industrii bumagi [The Current State and Prospects for Using of Recycled Fiber from Waste Paper in the World and Domestic Paper Industry]. Arkhangelsk, 2007. 1118 p.

3. Dul'kin D.A., Spiridonov V.A., Komarov V.I., Blinova L.A. Svoystva tsellyuloznykh volokon i ikh vliyanie na fiziko-mekhanicheskie kharakteristiki bumagi i kartona [Properties of Cellulosic Fibers and Their Influence on the Physical and Mechanical Properties of Paper and Cardboard]. Ed. by V.I. Komarov. Arkhangelsk, 2011. 176 p.

4. Zakirova A.Sh., Kanarskiy A.V., Sidorov Yu.D. Vliyanie biopolimerov na fiziko-mekhanicheskie svoystva plenok [The Effect of Biopolymers on the Films Physical and Mechanical Properties]. Pishchevaya promyshlennost' [Food Processing Industry], 2012, no. 6, pp. 18–19.

5. Kryakunova E.V., Mikhaylova O.S., Kanarskiy A.V., Kazakov Ya.V. Vliyanie vyazkosti krakhmala kartofel'nogo na fiziko-mekhanicheskie svoystva voloknistykh materialov [The Influence of Potato Starch Viscosity on the Physical and Mechanical Properties of Fibrous Materials]. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta, 2014, vol. 17,
pp. 173–176.

6. Maksanova L.A., Ayurova O.Zh. Polimernye soedineniya i ikh primenenie: ucheb. posobie [The Polymeric Compounds and Their Use]. Ulan-Ude, 2004. 356 p.

7. Makhotina L.G., Akim E.L. Tekhnologiya taroupakovochnykh vidov bumagi i kartona: ucheb. posobie [The Technology of Paper and Cardboard Packaging Types]. St. Petersburg, 2004. 112 p.

8. Novozhilov E.V. Primenenie fermentnykh tekhnologiy v tsellyulozno-bumazhnoy promyshlennosti: monogr. [The Use of Enzyme Technologies in the Pulp and Paper Industry]. Arkhangelsk, 2013. 364 p.

9. Flyate D.M. Tekhnologiya bumagi [Paper Technology]. Moscow, 1988. 440 p.

10. Khovanskiy V.V., Dubovyy V.K., Keyzer P.M. Primenenie khimicheskikh vspomogatel'nykh veshchestv v proizvodstve bumagi i kartona: ucheb. posobie [The Use of Chemical Additives in the Paper and Cardboard Production]. St. Petersburg, 2013. 153 p. 

Received on February 15, 2016